Il ciclo del carbonio: dalla fotosintesi ai combustibili fossili

Il ciclo del carbonio

Attraverso fenomeni di organicazione del C (trasformazione in materia organica) che è presente in natura. Gli autotrofi, in particolare le alghe e le piante riescono a prelevare il C presente nell’ambiente e trasformarlo in glucosio e in tutti i suoi derivati (polisaccaridi, lipidi). Il centro del nostro ciclo del carbonio è l’anidride carbonica che sta nell’atmosfera.

Fotosintesi e respirazione cellulare

Quali organismi sono capaci di utilizzare l’anidride carbonica che sta nell’atmosfera? Tutti i fotoautotrofi (tutte quelle piante e alghe, soprattutto verdi, e anche quei batteri che fanno una fotosintesi un po’ diversa da quella clorofilliana), organismi che grazie all’energia fornita dalla luce solare utilizzano l’anidride carbonica dell’atmosfera per trasformarla in glucosio. Questo processo si chiama organicazione del carbonio perché si parte da CO2 (diossido di carbonio) che all’inizio non ha nessun valore, ma che gli esseri viventi capaci di fotosintesi trasformano in glucosio e dal glucosio attraverso processi chimici si possono ottenere polisaccaridi, lipidi, amminoacidi e quindi le proteine.

Decomposizione e fermentazione

Una volta che il carbonio è stato organicato cioè è stato trasformato in biomolecole organiche, queste vengono demolite grazie all’ossigeno atmosferico dagli eterotrofi attraverso fenomeni di respirazione cellulare, fermentazione fotosintesi clorofilliana: fase luminosa, ciclo di Calvin, ciò che sta dentro questa freccia qui che trasforma CO2 presente nell’aria in glucosio e poi in tutti i suoi derivati; invece, glicolisi, ciclo di Krebs, catena di trasportatori di elettroni alla fine costituiscono la respirazione cellulare grazie alla quale il glucosio e tutti gli altri composti organici presenti nelle biomolecole vengono demoliti e grazie all’ossigeno dell’aria ritrasformati di uovo in anidride carbonica. In questa freccia qui ci stanno anche altri meccanismi di demolizione tipo le fermentazioni anaerobiche. Questo ciclo biogeochimico visto solo in questo ambito è molto rapido perché: le piante, le alghe, i batteri prendono l’anidride carbonica dell’aria usano carbonio inorganico e lo trasformano in glucosio; poi c’è tutta la catena alimentare: organismi fotoautotrofi sono i produttori che vengono consumati dagli erbivori che sono consumatori primari, che vengono predati dai carnivori che sono consumatori secondari, che vengono predati da consumatori di ordine superiore grossi predatori, alla fine tutti questi organismi eterotrofi consumatori che siano erbivori, carnivori o predatori di grossa taglia nelle loro cellule fanno la respirazione cellulare e restituiscono anidride carbonica all’atmosfera e il ciclo si chiude. Questo però è un ciclo molto breve a cui possiamo aggiungere molte altre deviazione, molti altri cicli allungandolo grandemente. Per esempio, una volta che le piante hanno fatto la fotosintesi clorofilliana muoiono, la morte di organismi porta alla decomposizione; anche la decomposizione è un insieme di reazioni di tipo fermentativo ( le fermentazioni anaerobiche o aerobiche restituiscono entrambe anidride carbonica all’atm e il ciclo si allunga un pochettino perché prevediamo che gli organismi dopo aver vissuto e dopo aver trasformato il carbonio da inorganico a organico e da organico a inorganico ad un certo punto muoiano e la morte implichi la decomposizione. La decomposizione inizia sempre con decomposizione aerobica operata da batteria aerobi, ma le ultime tappe diventano anaerobiche operate da batteri e funghi anaerobi; ma tutto ciò restituisce anidride carbonica all’atm e il ciclo si chiude.

Formazione di combustibili fossili

Alle volte però accade che gli organismi morti possano andare in contro a un processo di carbonificazione, se gli organismi morti sono vegetali acquatici in una palude si depositano sul fondo della palude rendono la palude sempre più simile ad una torbiera finché questa diventa appunto torba, primo stadio per la formazione del carbone. Organismi morti in ambienti particolari come paludi, stagni quindi poveri di ossigeno (asfittici) danno il via a questo ciclo più lungo che passa attraverso la formazione del carbone.

Sfruttamento antropico delle risorse

Oppure in altri ambienti salmastri, lagunari in cui gli organismi muoiono possono dare il via alla formazione del petrolio (si forma come piccole goccioline d’olio con tutta una serie di passaggi di formazione che implicano molto tempo) sia con la formazione del carbone che del petrolio si arriva alla produzione di materiali che l’uomo utilizza come combustibili fossili. Quando l’uomo usa il carbone o il petrolio come combustibili, li brucia e restituisce di nuovo anidride carbonica all’atm e chiudiamo di nuovo lo stesso il ciclo con le combustioni che sono però fattori antropici SFRUTTAMENTO ANTROPICO: gli organismi morti possono in ambienti come paludi e stagni trasformare in torba e le torniere possono trasformare la torba in lignite e poi litantrace e antracite, altri organismi morti in lagune salmastre, laghi costieri salati possono dare il via al primo stadio di formazione del petrolio e in natura la cosa si fermerebbe qua, l’uomo però in 100 anni di evoluzione culturale e tecnologica ha imparato ad usare queste risorse come combustibili e ha praticamente esaurito le riserve di questi combustibili.

Rocce sedimentarie e carsismo

Altre volte invece organismi morti possono sedimentare dando origine a vere e proprie rocce di fossili (rocce fossilifere) cioè rocce sedimentarie bioclastiche (ottengono resti pietrificati di organismi come conchiglie.) e quindi allunghiamo ulteriormente il ciclo perché questi fossili entrano ella vera e propria costituzione di rocce che stanno a lungo nella crosta terreste formando depositi di carbonato di calcio, sale minerale componente di queste rocce sedimentarie che chiamiamo calcari. Il carbonato di calcio è un componente tipico di sedimenti marini che poi vengono sollevati dalla orogenesi quando le placche si scontrano e scontrandosi comprimono i sedimenti marini e li sollevano in catene montuose. Anche qui c’è lo zampino dell’uomo, sfruttamento antropico, cioè i calcari sono rocce molto ricercate dall’uomo per trasformarle in altre sostanze come ad esempio la calce viva e la calce spenta. Quini l’uomo decompone la roccia calcarea (CaCO3 carbonato di calcio) per ottenerne calce viva (CaO ossido di calcio) e poi aggiungendo acqua al CaO si ottiene la calce spenta (idrossido di calcio). L’uomo può usare le rocce sedimentarie calcaree per decomporre carbonato di calcio e farne calce. Anche con lo sfruttamento antropico delle rocce sedimentarie calcaree si torna ad eliminare anidride carbonica nell’ambiente. Oppure, processo naturale, le rocce calcaree sono normalmente rocce poco solubili, nell’acqua distillata non si scioglierebbero ma nell’acqua piovana che è un po’ acidula perché scioglie in sé l’anidride carbonica atmosferica e quindi acqua piovana + anidride carbonica dell’aria fanno acido carbonico, in presenza di essa il calcare si scioglie e diventa bicarbonato di calcio che viene trasportato dai torrenti e quindi circola in soluzione acquosa nell’idrosfera e dà vita ad un processo che si chiama carsismo grotte carsiche, in queste grotte il bicarbonato di calcio precipita di nuovo dando un equilibrio (reversibile), precipita dando forma alle stalattiti e le stalagmiti e lascia libera l’anidride carbonica che torna all’atm.

Conclusione sul ciclo biogeochimico

Perché questo è l’esempio più tipico di ciclo biogeochimico? Perché il significato del ciclo è che materia inorganica contenente carbonio inorganico viene organicata e trasformata in biomolecole e le biomolecole vengono di nuovo demolite e restituiscono anidride carbonica e quindi carbonio inorganico all’aria però con processi molto variabili e diversi perché c’è il ciclo più corto che passa direttamente attraverso la catena alimentare, accanto a questo molto breve ci sono diversi più lunghi in cui si prevede la morte degli organismi, l’eventuale loro trasformazione in carbone o petrolio e l’utilizzo umano di questi combustibili, oppure la fossilizzazione di organismi morti e la formazione di rocce sedimentarie di composizione calcarea e da queste rocce attraverso il processo del carsismo si torna all’anidride carbonica e si chiude il ciclo. A formare rocce calcaree non contribuiscono solo gli organismi morte e la loro eventuale fossilizzazione, ma contribuisce anche solo il deposito delle parti dure (gusci, ossa…) di questi organismi nei fondali marini o lacustri dove il pesce muore e si decompone, ma il suo scheletro viene a durare più a lungo, viene ricoperto da sabbia e fossilizza.